Учёные из Университета Райса и Хьюстонского университета представили новый метод производства высокопрочного биоматериала на основе бактериальной целлюлозы, который может стать одной из альтернатив нефтехимическим пластикам. Исследование, опубликованное в Nature Communications в июле 2025 года, описывает масштабируемый биосинтез, при котором бактерии «выстраивают» структуру материала под контролем потока жидкости, а не хаотично, как в обычных условиях.
Работой руководил Мухаммад Максуд Рахман, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники Хьюстонского университета и совместно с Университетом Райса. Ведущим автором статьи выступил аспирант Райса М.А.С.Р. Саади, а в проекте также участвовали Шайям Бхакта (Райс), а также инженеры и материаловеды Пуликель Аджаян, Мэттью Беннетт, Маттео Паскали и другие. Финансировал работу ряд американских фондов, в том числе Национальный научный фонд США, Endowment for Forestry and Communities и Welch Foundation.
Как устроена технология
Обычно бактериальная целлюлоза растёт в виде рыхлой, хаотично ориентированной сетки нановолокон, что ограничивает её прочность и устойчивость к нагрузкам. В новом подходе исследователи создали вращающийся биореактор, в котором поток жидкости задаёт направление движения бактерий Gluconacetobacter и, соответственно, ориентацию откладываемых ими волокон.
Под контролируемой гидродинамикой учёным удалось получить плотные листы, выровненные по одному направлению, с пределом прочности на растяжение до примерно 436 мегапаскалей. В гибридной версии, при введении нанолистов нитрида бора в процессе роста, прочность достигала около 553 мегапаскалей, а теплопроводность материалов в три раза превосходила обычную бактериальную целлюлозу. Всё это происходит в одном этапе, при комнатной температуре, без токсичных растворителей и природных условий ферментации.
Экологичность, свойства и возможные применения
Бактериальный «бумагопласт» остаётся биоразлагаем и не требует сжигания или термохимической переработки, как большинство синтетических полимеров. Кроме того, технология позволяет использовать относительно простые среды, а в перспективе — и отходы сельского хозяйства как питательную базу для ферментации, что поддерживает идею масштабируемого, недорогого производства.
Учёные видят применение нового материала в нескольких направлениях:
- упаковка, где он может заменить часть одноразовых пластиковых плёнок и коробок;
- автомобильные и строительные компоненты, где нужна прочность и лёгкость;
- терморегулирующие элементы, например, детали для отвода тепла из электроники;
- текстиль и «зелёная» электроника, включая гибкие экраны и датчики;
- энергетические системы и композиты, где важны прочность и устойчивость к нагрузкам.
Ограничения и почему это не «революция завтра»
При всей перспективности, материал пока не готов полностью вытеснить традиционные пластики ни по объёму, ни по стоимости. Для промышленного внедрения потребуется:
- наладить крупномасштабное производство;
- решить вопросы стандартизации и нормативного регулирования;
- доказать долгосрочную надёжность в клинических, автомобильных и промышленных условиях.
Тем не менее, команда Университета Райса и Хьюстонского университета позиционирует технологию как одну из первых, где экологичность не требует компромиссов с прочностью и стабильностью. В ближайшие годы они планируют развивать пилотные линии совместно с индустриальными партнёрами, а также исследовать новые модификации материала для специализированных сфер использования.
